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Compresseur à volutes pourvu d'un dispositif de protection du moteur dans une volute non orbitante et d'une amélioration du flux.
Arrière-plan de l'invention.
La présente demande concerne un compresseur à volutes ayant un dispositif de protection du moteur incorporé au compresseur en un point éloigné du moteur et ayant en outre une structure pour améliorer le flux de réfrigérant en travers du dispositif de protection dans le cas d'une situation où la pression de décharge est élevée.
Les compresseurs à volutes sont de plus en plus largement utilisés dans des applications de compresseurs de réfrigérant. Comme on le sait, un compresseur à volutes comprend deux éléments de volute, ayant chacun une base et une enveloppe généralement en spirale qui s'étend à partir de la base. Les enveloppes s'emboîtent pour définir des chambres de compression. Un des deux éléments de volute est amené à orbiter par rapport à l'autre et, lorsque les deux éléments orbitent, la dimension des chambres de compression décroît, comprimant ainsi un réfrigérant piégé.
L'utilisation de compresseurs à volutes fait l'objet de nombreux défis en matière de conception. Un défi de conception apparaît lorsqu'il y a une perte de charge dans le cycle du réfrigérant. Dans de telles situations, le rapport de la pression de décharge à la pression d'aspiration augmente considérablement. Cela donne de la chaleur supplémentaire et est nuisible au fonctionnement du compresseur et de l'ensemble du
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système de réfrigérant. Il est souhaitable de détecter une telle situation dès que possible et d'arrêter le fonctionnement du compresseur.
Les compresseurs modernes sont typiquement entraînés par un moteur électrique. Le moteur électrique est muni d'un dispositif de protection du moteur qui arrête le fonctionnement du moteur si l'une quelconque d'un certain nombre de conditions devait être détectée.
Une condition particulière est la présence de chaleur excédentaire dans le logement du compresseur qui est détectée par le dispositif de protection du moteur. En outre, des anomalies dans le courant ou la tension électrique fournie au moteur provoqueront également l'arrêt du fonctionnement par le dispositif de protection.
Récemment, la Demanderesse de l'invention citée en référence ci-dessus a inventé le concept de l'emplacement du dispositif de protection du moteur en un point éloigné du moteur. De cette manière, le dispositif de protection peut détecter plus rapidement l'apparition de conditions à l'origine d'une température élevée et peut donc arrêter le compresseur plus rapidement. La demande de brevet U.S. n 09/527 428, intitulée "Motor Protector on Non-Orbiting Scroll" et déposée le 16 mars 2000 est décrite dans la base de la volute non orbitante. Si cet emplacement est relativement bénéfique, il serait souhaitable d'augmenter l'efficacité du dispositif de protection du moteur à identifier les conditions inappropriées et à arrêter le fonctionnement du moteur.
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Résumé de l'invention.
Dans les formes de réalisation décrites de l'invention, un compresseur à volutes est muni d'un dispositif de protection du moteur situé en un point éloigné du moteur. En outre, un dispositif de soupape est de préférence utilisé pour identifier des conditions qui indiquent une panne du ventilateur extérieur et, en particulier, une pression élevée. Lorsque ces conditions sont identifiées, le réfrigérant à la pression de décharge peut s'écouler sur le dispositif de protection du moteur. Dans des conditions de panne ou de blocage du ventilateur extérieur, le réfrigérant de décharge sera plus chaud que la normale. Le dispositif de protection du moteur arrêtera rapidement le fonctionnement du moteur.
De manière plus générale, on peut dire de l'invention qu'elle comprend un certain nombre de moyens permettant une sensibilité accrue aux conditions indiquant une panne du ventilateur extérieur dans le dispositif de protection du moteur.
De nouveau, dans des formes de réalisation préférées, une soupape de sûreté, qui est ouverte lorsque la différence de la pression de décharge à la pression d'aspiration dépasse une valeur prédéterminée, est positionnée pour permettre au réfrigérant de décharge de passer sur le dispositif de protection lorsqu'elle est ouverte. Dans des formes de réalisation, cette soupape peut être située dans la base de la volute non orbitante, être située dans un capot de protection sur la volute non orbitante ou être située dans un passage d'aspiration extérieur qui conduit au début des chambres de compression dans la volute non orbitante.
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Dans cette dernière forme de réalisation, le dispositif de protection du moteur est en outre situé dans cette zone d'aspiration extérieure. Avec cette forme de réalisation, aucune hauteur supplémentaire n'est nécessaire pour le dispositif de protection du moteur ou la soupape de sûreté.
Dans une autre forme de réalisation, il est prévu un puits de chaleur au-dessus et au-dessous du dispositif de protection du moteur. Lorsque le réfrigérant de décharge passe sur ce puits de chaleur, de la chaleur est éliminée du dispositif de protection du moteur. Cependant, dans une situation de perte de charge, l'écoulement volumique de ce réfrigérant diminuera. En outre, le réfrigérant aura typiquement une température plus élevée. Le transfert de chaleur issue de ce puits de chaleur diminuera donc également. La température du dispositif de protection du moteur augmentera donc et celui-ci se déclenchera aussitôt et arrêtera le fonctionnement du moteur.
On pourra comprendre ces caractéristiques ainsi que d'autres caractéristiques de l'invention à la lumière de la spécification et des dessins suivants, dont ce qui suit est une brève description.
Brève description des dessins.
La Fig. 1 est une vue en coupe transversale d'une représentation schématique du compresseur à volutes selon l'invention, la Fig. 2 est une vue à plus grande échelle d'une première forme de réalisation, la Fig. 3A est une vue à plus grande échelle d'une deuxième forme de réalisation,
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la Fig. 3B est une vue à plus grande échelle d'une autre forme de réalisation, la Fig. 4 est une vue supérieure de la première forme de réalisation, la Fig. 5A est une partie inférieure d'une autre forme de réalisation, la Fig. 5B est une vue latérale de la forme de réalisation de la Fig. 5A, la Fig. 6 est une autre forme de réalisation, la Fig. 7 est une autre forme de réalisation, et la Fig. 8 représente une autre forme de réalisation.
Description détaillée d'une forme de réalisation préférée.
Un compresseur à volutes 20 est illustré dans la Fig. 1 et comporte un moteur 22 qui entraîne un arbre 24. L'arbre 24 entraîne une volute orbitante 26, qui orbite par rapport à une volute non orbitante 28. La volute non orbitante 28 a une base 30. Une chambre de pression de décharge 32 est définie à l'extérieur de la base 30 et un orifice de décharge mène des chambres de compression entre les enveloppes des éléments de volute 26 et 28 à la chambre 32. Typiquement, une plaque séparatrice est positionnée entre la chambre 32 et la base 30. Néanmoins, dans certains compresseurs à volutes mis' au point récemment, on a éliminé la plaque séparatrice.
Un système de protection du moteur 36 comporte un dispositif de protection du moteur ainsi qu'une structure pour augmenter la sensibilité du dispositif de
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protection du moteur à des conditions indicatives d'une situation de panne du ventilateur extérieur. Comme représenté, un fil métallique 37 met en communication le moteur 22 avec le dispositif de protection du moteur.
Comme décrit dans le demande de brevet U.S. n 09/527 428 mentionnée ci-dessus à titre de référence, les circuits du dispositif de protection du moteur peuvent être formés comme connu. C'est l' emplacement du dispositif de protection du moteur qui constitue le caractère inventif de cette demande. En outre, si l'on décrit le dispositif de protection du moteur particulier dans la base 30 de la volute non orbitante, on comprendra que les avantages de l'invention peuvent être obtenus en installant le dispositif de protection du moteur en des emplacements autres que la base de la volute non orbitante.
En lieu et place, l'installation simplement du dispositif de protection du moteur en des emplacements éloignés du moteur 22 en combinaison avec les autres formes de réalisation décrites se rapportant à la fourniture d'une sensibilité accrue offrira les avantages selon l'invention.
La Fig. 2 représente une première forme de réalisation dans laquelle un capot métallique 40 protège et isole le dispositif de protection du moteur 38. Une soupape de sûreté 42 présente une pression de décharge d'une chambre 44 sur un premier côté et une pression d'aspiration d'une chambre 46, qui communique avec une chambre d'aspiration 47, sur un second côté. La soupape de sûreté 42 peut être telle que connu et sert à ouvrir et à faire communiquer les chambres 44 et 46 lorsque la différence de pression dépasse un maximum prédéterminé.
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Comme on le sait, dans le cas où il y aurait une panne du ventilateur extérieur dans le cycle du réfrigérant, la différence de pression augmente et, par suite, la soupape 42 s'ouvre pour permettre au réfrigérant de pression de décharge de se déplacer de la chambre 44 à la chambre 46. De la chambre 46, le réfrigérant passera par un passage 48. Comme illustré, le passage 48 est formé en forant un passage 50 et un passage 48 et en obturant ensuite en 52 le passage 50. Le passage 48 communique avec un autre passage 54 qui s'étend généralement perpendiculairement au passage 48. De nouveau, un obturateur 56 ferme une extrémité du passage 54. Le passage 54 communique avec une chambre 58 entourant le dispositif de protection 38 à sa seconde extrémité. Un autre passage 60 communique avec la chambre 47 à partir de la chambre 58.
A présent, au cours du fonctionnement normal lorsque la soupape 42 est fermée, il n'y a pas de réfrigérant qui passe sur le dispositif de protection 38 autre que le réfrigérant à la pression d'aspiration venant de la chambre 47.
Néanmoins, dans le cas d'une panne du ventilateur extérieur, la différence de pression augmente et la soupape 42 s'ouvre. A ce stade, le réfrigérant passe de la chambre 44 dans la chambre 46, à travers le passage 48, dans le passage 54, dans la chambre 58 et sur le dispositif de protection 38. De là, le réfrigérant passera à travers un passage 60 pour retourner dans la chambre 47. Le réfrigérant se trouvera typiquement à une température élevée et devrait provoquer l'ouverture du dispositif de protection 38. La soupape 42 est généralement structurée comme cela est connu. Néanmoins,
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la forme particulière de la soupape comprendra de préférence une partie agrandie 62 ajustée à force dans une ouverture 63 de la base 30 de la volute non orbitante.
Une seconde partie inférieure 64 a un diamètre externe plus petit pour offrir de la place pour la chambre 46.
Si l'invention décrit le dispositif de protection monté dans la base de la volute non orbitante, d'autres emplacements éloignés du moteur offriraient en outre des avantages similaires. A titre d'exemple, les avantages de la structure pour assurer une sensibilité accrue au dispositif de protection seront obtenus lorsque le dispositif de protection du moteur est monté dans la plaque séparatrice ou dans le logement adjacent à la volute non orbitante.
La Fig. 3A représente une autre forme de réalisation, qui est identique à la première forme de réalisation, si ce n'est la forme de la soupape 66. Dans la forme de réalisation de la Fig. 3A, la soupape 66 a une tête agrandie 68, avec une partie d'obturateur plus petite 69, et une partie inférieure encore plus petite 70. La soupape et la structure d'écoulement fonctionnent de manière identique à la structure de la Fig. 2.
La Fig. 3B représente une autre forme de réalisation, qui est très similaire à la forme de réalisation de la Fig. 3A. Néanmoins, au lieu d'avoir un passage 54, le passage 48 communique avec une chambre 100 définie par un alésage 102 dans la base de la volute non orbitante. Le dispositif de protection 38 se trouve dans cet alésage 102 et est recouvert par le capot 40.
Cela simplifie l'aménagement et la formation des divers
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passages des volutes en créant un grand alésage 102, au lieu du passage séparé 54.
La Fig. 4 représente une vue de la forme de réalisation de la Fig. 2. Comme on peut le constater, la soupape 42 et le dispositif de protection 38 sont décentrés par rapport à l'orifice de décharge 34.
La Fig. 5A représente une autre forme de réalisation 80. Comme montré, l'enveloppe externe 82 de la volute non orbitante 84 définit un passage d'aspiration extérieur 86. Celui-ci est connu dans la technique. Dans cette forme de réalisation, la soupape de sûreté 88, qui peut être configurée comme dans les formes de réalisation précédentes, est positionnée dans le passage d'aspiration 86. Le dispositif de protection du moteur 90 est en outre positionné dans ce passage.
Comme on peut le constater dans la Fig. 5B, le dispositif de protection du moteur 90 est positionné dans la base 92 et la soupape 88 s'étend à travers la base 92. Les deux dispositifs sont donc typiquement situés sur la hauteur de l'enveloppe 94 de la volute non orbitante 84. De cette manière, une hauteur supplémentaire n'est pas nécessaire, comme cela peut être le cas pour les autres formes de réalisation. Comme avec les autres formes de réalisation, lorsqu'il y a une augmentation de la différence de pression, du réfrigérant à la pression de décharge se déplace à travers la soupape 88 et passe sur le dispositif de protection 90. Le système fonctionnera comme dans les formes de réalisation précédentes.
La Fig. 6 représente encore une autre forme de réalisation 100. Dans cette forme de réalisation, la
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base 102 de la volute non orbitante comporte un évidement 104 pour recevoir le dispositif de protection du moteur 106. Le capot 108 du dispositif de protection re.çoit la soupape 110. Ce système fonctionnera comme dans les formes de réalisation précédentes, mais cette forme de réalisation est relativement simplifiée en ce que les divers passages sont éliminés.
La Fig. 7 représente une forme de réalisation 200 dans laquelle la base 201 de la volute non orbitante a l'orifice de décharge 202 positionné adjacent à un dispositif de protection du moteur 204. La soupape de sûreté 205 a une sortie en 206 pour diriger le réfrigérant sur le dispositif de protection 204.
La Fig. 8 représente encore une autre forme de réalisation 120. Dans cette forme de réalisation, le dispositif de protection 122 est muni d'un capot isolant 124 positionné adjacent à la base 125 de la volute non orbitante. Un premier puits de chaleur 126 et un second puits de chaleur 128 entourent le dispositif de protection du moteur 122. Comme on peut le constater, la chambre 130 au-dessus du puits de chaleur 128 est une chambre de pression de décharge. En conséquence, à condition qu'il y ait un écoulement suffisant de réfrigérant, il y aura du réfrigérant qui s'écoulera pour éliminer la chaleur du dispositif de protection du moteur 122 via les ailettes thermiques sur le puits de chaleur 128. Toutefois, dans le cas où il y a une perte de charge, le volume de réfrigérant qui s'écoule sur ces ailettes thermiques diminuera.
Dans ce cas, la chaleur éliminée du puits de chaleur 128 diminuera également. La température du dispositif de protection du moteur 122
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augmentera et celui-ci arrêtera le fonctionnement du moteur. Il est à noter que la chambre 130 pourrait également se trouver à la pression d'aspiration et que la. chambre de pression d'aspiration ou la chambre de pression de décharge aura un volume réduit d'écoulement de réfrigérant dans une situation de perte de charge.
Si le dispositif de protection est représenté dans la base de la volute non orbitante, on comprendra que d'autres emplacements adjacents pourraient être également utilisés. A titre d'exemple, le dispositif de protection du moteur pourrait être monté dans une plaque séparatrice ou à l'intérieur du logement ou du carter de manivelle du compresseur. En outre, si l'on décrit spécifiquement l'invention comme traitant une panne ou un blocage du ventilateur extérieur, d'autres conditions peuvent également provoquer le changement approprié de la différence de pression pour assurer le réglage de cette demande.
On a décrit plusieurs formes de réalisation de l'invention. Un expert en la technique reconnaîtra que de nombreuses variantes de ces formes de réalisation entreraient également dans le cadre de l'invention.
C'est la raison pour laquelle les revendications suivantes doivent être étudiées pour déterminer la portée et la teneur exactes de l'invention.